功率模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及功率模塊。功率模塊（1）具備：IGBT（2）；MOSFET（3），與IGBT（2）并聯(lián)連接；引線框（10），具有搭載有IGBT（2）的第一框部（11）和搭載有MOSFET（3）的第二框部（12），并且形成有第一框部（11）位于第一高度、第二框部（12）位于比第一高度高的第二高度的階梯差（13）；以及散熱體的絕緣片（30），在引線框（10）中僅配置于第一框部（11）的背面。從而能夠調(diào)整IGBT與MOSFET的損耗負擔并提高成本效率。
【專利說明】功率模塊
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及傳遞模塑類型的IPM (Intelligent Power Module:智能功率模塊)等功率模塊。
【背景技術】
[0002]在逆變器用途的功率模塊中，在并聯(lián)連接現(xiàn)有的IGBT (Insulated Gate BipolarTransistor:絕緣柵雙極型晶體管)與FWD (Free Wheeling Diode:續(xù)流二極管)的結構中，在IGBT的特性上難以降低低電流區(qū)的損耗。
[0003]為了改善低電流區(qū)的損耗，考慮使用MOSFET (Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor:金屬氧化物半導體場效應晶體管)代替IGBT,但是在MOSFET中存在如下問題:因為高溫、高電流范圍的導通電壓變高，所以容許電流變低。
[0004]為了解決此種問題，正在探討將大電流區(qū)域中的飽和電壓低的IGBT與小電流區(qū)域中的飽和電壓低的MOSFET并聯(lián)連接的結構(例如參照專利文獻1)。
[0005]現(xiàn)有技術文獻專利文獻
專利文獻1:日本特開平4 - 354156號公報。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]然而，在專利文獻1所記載的結構中，欠缺調(diào)整IGBT與MOSFET的損耗負擔的觀點。因此，存在不能夠通過所述調(diào)整而最優(yōu)化功率模塊的成本效率的問題。
[0007]因此，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠調(diào)整IGBT與MOSFET的損耗負擔以提高成本效率的功率模塊。
[0008]本發(fā)明的功率模塊具備:IGBT ;M0SFET，與所述IGBT并聯(lián)連接；引線框，具有搭載有所述IGBT的第一框部和搭載有所述MOSFET的第二框部，并且形成有所述第一框部位于第一高度、所述第二框部位于比所述第一高度高的第二高度的階梯差；以及散熱體的絕緣片，在所述弓I線框中僅配置于所述第一框部背面。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，由于高電流通電時MOSFET的通電能力比IGBT的通電能力小，故能夠增大IGBT側的損耗負擔，減小MOSFET側的損耗負擔，從而MOSFET不需要高散熱性。因而，僅在需要高散熱性的IGBT的搭載位置即第一框部背面配置絕緣片，在引線框中的MOSFET的搭載位置不需要配置絕緣片，因而能夠減小絕緣片的片尺寸。根據(jù)上述內(nèi)容，能夠降低功率模塊的制造成本。
[0010]在引線框中，形成有第一框部位于第一高度、第二框部位于比第一高度高的第二高度的階梯差，所以能夠加長從載置IGBT —側即散熱面到MOSFET的距離，能夠確保MOSFET的既定的絕緣性能。另外，因為高電流通電時MOSFET的通電能力比IGBT的通電能力小，所以能夠縮小MOSFET的芯片尺寸。由此，能夠進一步降低功率模塊的制造成本?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0011]圖1是實施方式1所涉及的功率模塊的剖視圖；
圖2是功率模塊的電路圖；
圖3是實施方式2所涉及的功率模塊的剖視圖；
圖4是實施方式3所涉及的功率模塊的剖視圖；
圖5是比較例所涉及的功率模塊的剖視圖。
【具體實施方式】
[0012]〈實施方式1>
以下使用【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的實施方式1。圖1是本發(fā)明的實施方式1所涉及的功率模塊1的剖視圖，圖2是功率模塊1的電路圖。如圖1所示，功率模塊1具備IGBT2、M0SFET3、驅(qū)動電路5、引線框10、20、對散熱體的絕緣片30、以及模塑樹脂6。
[0013]弓丨線框10具有與IGBT2以及M0SFET3電連接的內(nèi)引線15和與內(nèi)引線15相連的外引線16。內(nèi)引線15具有位于既定的高度位置(第一高度)的第一框部11和位于比第一框部11的高度位置高的高度位置(第二高度)的第二框部12，從外引線16側開始以第二框部
12、第一框部11的順序形成。在第一框部11與第二框部12之間形成有階梯差13。IGBT2搭載于第一框部11，M0SFET3搭載于第二框部12。
[0014]另外，絕緣片30僅配置于第一框部11的背面。在此，因為功率模塊1在設置于導電性的降溫裝置(heat sink)(省略圖10)上的狀態(tài)下使用，所以出于將引線框10與降溫裝置絕緣的目的而配置絕緣片30。
[0015]通過加長從功率模塊1的散熱面即接觸并載置于所述降溫裝置的面到M0SFET3的距離，在M0SFET3中，能夠確保對散熱面的既定的絕緣性能。因此，能夠省略對第二框部12的背面的絕緣片30的配置。
[0016]驅(qū)動電路5是用于驅(qū)動IGBT2和M0SFET3的電路，驅(qū)動電路5搭載于引線框20的第三框部21。引線框20具有與驅(qū)動電路5電連接的內(nèi)引線25和與內(nèi)引線25相連的外引線26。第三框部21形成于內(nèi)引線25，第三框部21形成于比第一框部11的高度位置高的高度位置。IGBT2、M0SFET3、驅(qū)動電路5、絕緣片30和引線框10、20的內(nèi)引線15、25被模塑樹脂6密封。
[0017]如圖2所示，IGBT2與M0SFET3并聯(lián)連接。更具體而言，IGBT2的集電極與M0SFET3的漏極連接，IGBT2的發(fā)射極與M0SFET3的源極連接。IGBT2的柵極與M0SFET3的柵極連接于驅(qū)動電路5的輸出端子。此外，二極管4反并聯(lián)連接于M0SFET3，它是內(nèi)部寄生二極管4。
[0018]在此，在例如重負載驅(qū)動時等模塊中的最大額定電流流動時等高電流通電時，M0SFET3的通電能力比IGBT2的通電能力小，所以在M0SFET3側，高電流通電時流動的電流被抑制，過渡性損耗變小。
[0019]另外，采用如下結構:M0SFET3的閾值電壓設定得比IGBT2的閾值電壓高，在開關時的過渡狀態(tài)下，全部電流流入IGBT2偵t
[0020]在作為開關器件而并聯(lián)使用IGBT2和M0SFET3的結構中，一般將M0SFET3的閾值電壓設定得較低，采用始終使IGBT2先關斷，之后M0SFET3關斷的順序。
[0021]作為此時的效果，能夠抑制拖尾電流以降低關斷損耗，但是由于在過渡狀態(tài)下全部電流(IGBT電流+ MOSFET電流)必然流入M0SFET3，所以M0SFET3溫度上升。
[0022]與此相對，在本實施方式中，通過將M0SFET3的閾值電壓設定得比IGBT2的閾值電壓高，抑制開關時流入M0SFET3的電流，由此抑制M0SFET3的溫度上升。在此，IGBT2以及M0SFET3的閾值電壓通過制造時的溝道注入的雜質(zhì)量而設定。
[0023]接下來，說明功率模塊1的電路動作。當從驅(qū)動電路5的輸出端子輸出的控制信號從低電位(“L”)變?yōu)楦唠娢?“H”)而接通時，若對IGBT2以及M0SFET3供給柵極電壓，則由于IGBT2的閾值電壓較低，故IGBT2先接通，IGBT電流開始流動。
[0024]不久，當柵極電壓到達M0SFET3的閾值電壓時，M0SFET3接通，MOSFET電流開始流動。在M0SFET3接通時，IGBT2從接通開始經(jīng)過了既定時間，IGBT2成為穩(wěn)定狀態(tài)，因此電流大部分流入IGBT2，幾乎不流入M0SFET3。
[0025]如此，通過將M0SFET3的閾值電壓設定得比IGBT2的閾值電壓高，能夠抑制在接通時流入M0SFET3的電流。由此，能夠抑制M0SFET3的溫度上升。
[0026]另外，在控制信號從“H”變?yōu)椤癓”而關斷的情況下，若對IGBT2以及M0SFET3供給的柵極電壓開始下降，則由于M0SFET3的閾值電壓較高，故M0SFET3先關斷，MOSFET電流開始下降。之后，通過柵極電壓降低從而IGBT電流開始下降，由于變得低于IGBT2的閾值電壓，所以IGBT2關斷，IGBT電流停止流動。
[0027]如此，通過將M0SFET3的閾值電壓設定得比IGBT2的閾值電壓高，在關斷時M0SFET3先關斷，所以全部電流流入此時處于導通狀態(tài)的IGBT2，電流不流入M0SFET3。由此，能夠抑制M0SFET3的溫度上升。
[0028]接下來，與比較例所涉及的功率模塊100對比說明實施方式1所涉及的功率模塊1的效果。圖5是比較例所涉及的功率模塊100的剖視圖。此外，在比較例中，對與功率模塊1同樣的結構要素附以相同附圖標記，省略說明。
[0029]在比較例所涉及的功率模塊100中，引線框10具有第一框部11和第二框部12，IGBT2以及M0SFET3搭載于第一框部11。而且，由于將IGBT2與M0SFET3搭載于第一框部11，故從散熱面到IGBT2以及M0SFET3的距離變短。因此，在M0SFET3中為了確保對散熱面的既定的絕緣性能，不僅在IGBT2的下側需要配置絕緣片30，而且在M0SFET3的下側也需要配置絕緣片30。
[0030]與此相對，在實施方式1所涉及的功率模塊1中，第二框部12形成于比第一框部11高的高度位置，IGBT2搭載于第一框部11，M0SFET3搭載于第二框部12。因此，由于從散熱面到M0SFET3的距離變長，故在M0SFET3中能夠確保對散熱面的既定的絕緣性能。從而，絕緣片30僅配置于第一框部11的背面即可，不必配置于第二框部12的背面。
[0031]如上所述，在實施方式1所涉及的功率模塊1中，由于高電流通電時的M0SFET3的通電能力比IGBT2的通電能力小，故能夠增大IGBT2側的損耗負擔，減小M0SFET3側的損耗負擔，M0SFET3不需要高散熱性。從而，在引線框10中的M0SFET3的搭載位置中不配置絕緣片30，僅在需要高散熱的IGBT2的搭載位置即第一框部11的背面配置絕緣片30，所以能夠縮小M0SFET3的芯片尺寸。此外，因為還能夠減小絕緣片30的片尺寸，所以能夠降低功率模塊1的制造成本。
[0032]另外，在引線框10中，形成有第一框部11位于第一高度、第二框部12位于比第一高度高的第二高度的階梯差13，所以能夠加長從散熱面到M0SFET3的距離，能夠確保M0SFET3的既定的絕緣性能。
[0033]另外，因為高電流通電時的M0SFET3的通電能力比IGBT2的通電能力小，所以能夠進一步縮小M0SFET3的芯片尺寸。由此，能夠進一步降低功率模塊1的制造成本。
[0034]另外，由于M0SFET3的導通閾值電壓高于IGBT2的導通閾值電壓，所以在過負載時的過渡狀態(tài)下也能夠防止大電流流入M0SFET3。由此，降低M0SFET3的開關過渡損耗，并且抑制M0SFET3的溫度上升，所以能夠提高功率模塊1的長期可靠性。通過提高功率模塊1的長期可靠性，長期使用成為可能，也關系到能量消耗量的削減。
[0035]此外，也可以不將M0SFET3的閾值電壓設定得比IGBT2的閾值電壓高，作為代替，驅(qū)動電路5對IGBT2以及M0SFET3個別地輸出控制信號，個別地驅(qū)動IGBT2以及M0SFET3。此時，驅(qū)動電路5以按IGBT2、M0SFET3的順序接通，并且按M0SFET3、IGBT2的順序關斷的方式驅(qū)動IGBT2和M0SFET3，從而得到與將M0SFET3的閾值電壓設定得比IGBT2的閾值電壓高時同樣的效果。在此，將M0SFET3的閾值電壓設定得比IGBT2的閾值電壓高的結構和驅(qū)動電路5個別地驅(qū)動IGBT2以及M0SFET3的結構不是必須的，也能夠省略。
[0036]另外，作為M0SFET，還可以采用形成于碳化硅(SiC)襯底上的SiC-MOSFET。因為SiC-MOSFET與S1-MOSFET相比導通閾值電壓低，所以尤其在關斷時，以比采用Si_M0SFET時低的溫度關斷從而成為低損耗，能夠進一步抑制MOSFET的溫度上升，能夠進一步提高功率模塊1的長期可靠性。
[0037]<實施方式2>
接下來，說明實施方式2所涉及的功率模塊1A。圖3是示出本發(fā)明的實施方式2所涉及的功率模塊1A的剖視圖。此外，在實施方式2中，對與在實施方式1中說明的結構要素同樣的結構要素附以相同附圖標記，省略說明。
·[0038]在引線框10中從外引線16側開始以第一框部11、第二框部12的順序形成，搭載有驅(qū)動電路5的第三框部21位于鄰接于第二框部12的位置。另外，第三框部21形成于比第一框部11的高度位置高的高度位置(第三高度)，例如，第三框部21的高度位置與第二框部12的高度位置為相同高度。因此，與圖1所示的實施方式1中的驅(qū)動電路5與功率芯片(IGBT2以及M0SFET3)之間的導線31的布線長度相比，實施方式2中的驅(qū)動電路5與功率芯片之間的導線31的布線長度較短。
[0039]如上所述，在實施方式2所涉及的功率模塊1A中，還具備其他弓丨線框20，該其他弓|線框20具有搭載有驅(qū)動電路5的第三框部21，其中，第三框部21形成于比第一高度高的第三高度，并且，在第一框部11以及第二框部12之中，第三框部21鄰接于第二框部12，因而能夠縮短驅(qū)動電路5與功率芯片之間的導線31的布線長度。由此，能夠防止模塑樹脂6所導致的導線偏移4 ^流Λ)，能夠謀求產(chǎn)品的品質(zhì)提高。如此，謀求產(chǎn)品的品質(zhì)提高，也關系到成品率提聞。
[0040]<實施方式3>
接下來，說明實施方式3所涉及的功率模塊1B。圖4是本發(fā)明的實施方式3所涉及的功率模塊1B。此外，在實施方式3中，對與在實施方式1、2中說明的結構要素同樣的結構要素附以相同附圖標記并省略說明。
[0041]在引線框10中，在第一框部11或第二框部12和外引線16之間除了階梯差13之外還形成有其他階梯差17。具體而言，在第二框部12與外引線16之間形成階梯差17，與實施方式1的情況相比，第二框部12的高度位置稍低。因此，與實施方式1的情況相比，從IGBT2到M0SFET3的距離稍微變短，與實施方式1的情況相比熱電阻降低。
[0042]如上所述，在實施方式3所涉及的功率模塊1B中，因為在引線框10中，在第一框部11或第二框部12和外引線16之間除了階梯差13之外還形成有其他階梯差17，故能夠確保必要的絕緣性，并且由于與不設置階梯差17的情況相比從IGBT2到M0SFET3的距離稍微變短，能夠降低M0SFET3的熱電阻。由此，能夠抑制M0SFET3的溫度上升，進而能夠提高功率模塊1B的長期可靠性。
[0043]此外，本發(fā)明在其發(fā)明范圍內(nèi)能夠自由地組合各實施方式，或者適當?shù)貙Ω鲗嵤┓绞竭M行變形、省略。
【權利要求】
1.一種功率模塊，其中包括:IGBT ；MOSFET，與所述IGBT并聯(lián)連接；引線框，具有搭載有所述IGBT的第一框部和搭載有所述MOSFET的第二框部，并且形成有所述第一框部位于第一高度、所述第二框部位于比所述第一高度高的第二高度的階梯差；以及散熱體的絕緣片，在所述引線框中僅配置于所述第一框部背面。
2.根據(jù)權利要求1所述的功率模塊，其中還包括:驅(qū)動電路，驅(qū)動所述IGBT和所述MOSFET，所述驅(qū)動電路以按所述IGBT、所述MOSFET的順序接通，并且按所述MOSFET、所述IGBT的順序關斷的方式驅(qū)動所述IGBT和所述MOSFET。
3.根據(jù)權利要求1所述的功率模塊，其中，所述MOSFET的導通閾電壓比所述IGBT的導通閾電壓高。
4.根據(jù)權利要求1?3中任一項所述的功率模塊，其中，所述MOSFET為SiC_MOSFET。
5.根據(jù)權利要求2所述的功率模塊，其中還包括:其他引線框，具有搭載有所述驅(qū)動電路的第三框部，所述第三框部形成于比所述第一高度高的第三高度，并且，在所述第一、第二框部之中，所述第三框部鄰接于所述第二框部。
6.根據(jù)權利要求1所述的功率模塊，其中還包括:模塑樹脂，密封所述IGBT、所述MOSFET和所述引線框的內(nèi)引線，在所述引線框中，在所述第一、第二框部和外引線之間形成有區(qū)別于所述階梯差的階梯差。
【文檔編號】H01L23/367GK103633077SQ201310124301
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年4月11日 優(yōu)先權日:2012年8月21日
【發(fā)明者】白石卓也, 田中智典 申請人:三菱電機株式會社